朝陽(yáng)縣大溝里河河段護(hù)岸工程設(shè)計(jì)分析

李志環(huán)

(凌源市宋杖子水利服務(wù)站，遼寧 凌源122500)

1 工程建設(shè)緣由及必要性

朝陽(yáng)縣臺(tái)子鄉(xiāng)位于朝陽(yáng)縣西南部，臺(tái)子鄉(xiāng)境內(nèi)有一座大(Ⅱ)型水庫(kù)—閻王鼻子水庫(kù)。因閻王鼻子水庫(kù)二期移民有52 戶居民動(dòng)遷無(wú)房屋建筑基地，經(jīng)過(guò)專家論證，移民建房基地選址在大溝里河右岸2.67 hm2空地上，現(xiàn)有的2.67 hm2河灘地需要從1 km 遠(yuǎn)的大凌河運(yùn)土墊平整才可建房，現(xiàn)在2.67 hm2河灘地高程比現(xiàn)有河床高程平均高出1 m，但大溝里河目前無(wú)防洪措施，河道長(zhǎng)度11.4 km，河道平均比降17.4‰。河道長(zhǎng)年干涸，但汛期季節(jié)性洪水可造成兩岸災(zāi)害，危害人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，沿河兩岸對(duì)該河的利用率極低，多年來(lái)受河水的威脅越來(lái)越嚴(yán)重［1－2］。

2 工程建設(shè)對(duì)左岸的影響

本護(hù)岸工程建設(shè)防洪標(biāo)準(zhǔn)是20 a一遇洪水，而左岸是大溝門(mén)村自建的防護(hù)堤，沒(méi)有具體的洪水標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)幾年的洪水考驗(yàn)，局部已被淘刷，齒墻大部分已露出地面。

經(jīng)過(guò)實(shí)地勘測(cè)，左、右岸堤防護(hù)腳處高程大致走向齊平，左岸護(hù)腳底高程為217.567 m，堤頂高程為219.367 m。

右岸防護(hù)堤建成后，對(duì)左岸有一定的影響，距左岸堤防200 m 處是二階臺(tái)地，二階臺(tái)地高程223.021 m高出右岸建后堤頂高程。

所以該工程建成后，不會(huì)對(duì)左岸造成很大影響。可在左岸防洪堤外植樹(shù)造林，保護(hù)沿岸土地。

3 水 文

朝陽(yáng)縣臺(tái)子鄉(xiāng)大溝里河段流域?yàn)檫|西干旱丘陵山區(qū)，屬Ⅴ1水文分區(qū)，多年平均降水量500 mm，多年平均年徑流深100 mm，多年平均年水面蒸發(fā)量1 900 mm，年最大24 h暴雨均值為83 mm，年最大三日暴雨均值為94 mm。

洪水計(jì)算依據(jù)GB50201—94 第3.0.1 條規(guī)定，防洪標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)為Ⅴ級(jí)，洪水重現(xiàn)期為10 ～20 a，因大溝里河右岸有52 戶村民動(dòng)遷到此處，所以本次洪水計(jì)算按20 a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，以保證壩后居民安全。

設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算方法參照《遼寧省中小河流設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》。

治理段以上流域面積及河長(zhǎng)由1∶10 000的地形圖上查得。

L=11.4km F=19.15km2J=17.4‰。

水文分區(qū)Ⅴ1區(qū)。

大溝里河是大凌河一級(jí)支流，而該工程所在地正處于大凌河入口處，相對(duì)于大凌河來(lái)說(shuō)，大溝里河屬于大凌河的回水堤，在考慮閻王鼻子水庫(kù)1 000 a一遇洪水淹沒(méi)線的同時(shí)，也要考慮大凌河同頻率的洪水水位，經(jīng)過(guò)歷史資料可知，大凌河20 a一遇洪水位在堤防出口處是216.5 m。閻王鼻子水庫(kù)淹線為213.5 m。所以確定堤高時(shí)得同時(shí)考慮這兩種情況。

4 護(hù)岸工程規(guī)模的確定

護(hù)岸工程規(guī)模的確定主要參考以下5個(gè)方面:河道規(guī)劃與設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、河床糙率的選定、河道過(guò)水能力計(jì)算和水流沖刷計(jì)算。

4.1 河道規(guī)劃與設(shè)計(jì)

規(guī)劃整治河道的目的是使河道暢通，能夠下泄一定標(biāo)準(zhǔn)的洪水，清除阻水建筑物和防礙行洪的林木、植被等，護(hù)岸工程在滿足造地的條件下，盡量順河道天然走勢(shì)，并通過(guò)計(jì)算確定行洪寬度［3－5］。

4.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文》按人口、土地面積劃分，該護(hù)岸工程等級(jí)屬于Ⅴ級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為20 a 一遇洪水。河道寬度按實(shí)際河道走勢(shì)取40 m。

4.3 河床糙率的選定

河床糙率的選定方法是根據(jù)河床的組成，床面的特性、平面的形態(tài)、水流流態(tài)、岸壁特性、逐段實(shí)地勘察等綜合因素，確定本段河床糙率為0.033(一般取0.03 ～0.033)。

4.4 河道過(guò)水能力計(jì)算

大溝里河河段沒(méi)有水文觀測(cè)資料，沒(méi)有水位流量關(guān)系曲線，所以控制段水位無(wú)法確定，按能量方程式無(wú)法推求河道水位，因考慮此次工程護(hù)岸較短，所以采用明渠均勻流進(jìn)行水位計(jì)算［6－8］。

過(guò)水能力計(jì)算:

河寬b =40m，邊坡系數(shù)m =2 當(dāng)h =1.1m 時(shí)W =h(b +mh)=46.42

根據(jù)公式:

式中:W 為洪水河槽的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2;J 為河床平均坡度，‰，17.4;n 為河槽的糙率系數(shù)取0.033;X為濕周，m;R 為過(guò)水?dāng)嗝娴乃霃剑琺;C 為謝才系數(shù);Q 值＞187.0 m3/s，故安全。

在確定堤高2.2 m的同時(shí)，堤防頂高程最低處為217.4 m，這個(gè)高程既高于水庫(kù)淹沒(méi)線213.5 m，也高于大凌河20 a一遇洪水位216.5 m。

4.5 水流沖刷計(jì)算

計(jì)算公式為:

式中:hb 為局部沖刷深度，m;hp 為一般沖刷后水深，m;以近似設(shè)計(jì)水位最大深度代替，取2.2 m;n 為平面形狀系數(shù)，取0.25;Vh 為河床允許的不沖流速，m/s，取0.75;Vp 為主河槽計(jì)算水位時(shí)的平均流速取4.03 m/s。

經(jīng)計(jì)算hb=1.15m。

5 護(hù)岸工程總體布置及建筑物

其內(nèi)容主要包括3個(gè)部分:護(hù)岸工程的布置、順壩設(shè)計(jì)和護(hù)腳石籠設(shè)計(jì)。

5.1 護(hù)岸工程的布置

本次工程治理河段右岸400 m，采用土砂壩結(jié)構(gòu)形式，前壩坡坡比為1∶2，后壩坡坡比為1∶1.5，前坡坡腳處設(shè)寬0.6 m，深1.5 m的齒墻，齒墻外接長(zhǎng)3 m深0.6 m的石籠基礎(chǔ)［9－11］。

5.2 順壩設(shè)計(jì)

順壩設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括3個(gè)部分:設(shè)計(jì)壩高及頂寬、護(hù)坡設(shè)計(jì)和護(hù)岸壩齒墻。

5.2.1 設(shè)計(jì)壩高及頂寬根據(jù)《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范》，堤頂超高公式:

式中:R 為波浪爬高，按規(guī)范附錄C 計(jì)算;A 為安全超高，取0.3 m;E 為風(fēng)壅水高度。

5.2.1.1 計(jì)算風(fēng)速的確定

收集朝陽(yáng)市氣象站1981—1997年17 a的風(fēng)速觀測(cè)統(tǒng)計(jì)資料，17 a的平均年最大風(fēng)速為16.12 m/s，傳感器高度為15.2 m，高度修正系數(shù)為0.958，則修正到距地面10 m高度的平均年最大風(fēng)速W =16.12 ×0.958 =15.44 m。

5.2.1.2 風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度

在1∶10 000地形圖上按垂直壩軸線量得正常運(yùn)行情況下的風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度D正=80 m

1)最大風(fēng)壅水面高度計(jì)算，其計(jì)算公式為:

式中:e 為計(jì)算點(diǎn)處的風(fēng)壅水面高度，m;K 為綜合摩阻系數(shù)取3.6 ×10－6;W 為計(jì)算風(fēng)速，取設(shè)計(jì)風(fēng)速的1.5 倍;D 為風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，80 m;Hm為水域平均水深為1.1 m;β 為計(jì)算風(fēng)向與壩軸線法線夾角β =0°;則e=0.007

2)計(jì)算平均波高，其計(jì)算公式為:

3)計(jì)算平均波周期

4)計(jì)算平均波長(zhǎng)。其計(jì)算公式為:

5)計(jì)算平均波浪爬高。計(jì)算公式為:

式中:Rm為波浪爬高，m;M 為單坡的坡度系數(shù)，這里為2;K△為斜坡糙率及滲透性系數(shù)，查表求得;KW為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由風(fēng)速W、坡前水深H、重力加速度g所組成的無(wú)維量W/ gH 按規(guī)范《SL274—2001》表A.1.12—2 查得。

式中m =2。

計(jì)算頻率為20%的波浪爬高RP

故正常運(yùn)用情況下的壩頂超高為

最后堤高確定為1.1 +0.62 =1.72m 因安全起見(jiàn)，堤高取2.2 m。

堤頂不考慮交通要求，故堤頂設(shè)計(jì)寬度取3 m。

5.2.2 護(hù)坡設(shè)計(jì)

大壩采用推土機(jī)推砂土筑壩，拖拉機(jī)及蛙式打夯機(jī)結(jié)合的方式夯實(shí)，首先把虛土、雜土除凈，然后分層填土，每層25 cm夯實(shí)，保證填土的自然含量，保證填土與原有土的結(jié)合緊密，保證壓實(shí)后筑堤土方的相對(duì)密度≥0.6，堤頂采用C20混凝土塊進(jìn)行壓頂，混凝土塊尺寸為0.4×0.2 m，排水采用Φ50PVC 管，每隔10 m設(shè)一個(gè)排水管，排水管出口與壩坡齊平，混凝土板護(hù)坡板厚10 cm，采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑的方法進(jìn)行施工，壩坡設(shè)30 cm厚反濾層，護(hù)坡混凝土板標(biāo)號(hào)為C20混凝土。

5.2.3 護(hù)岸壩齒墻

設(shè)計(jì)護(hù)岸壩齒墻基礎(chǔ)為漿砌石，安全加深取0.3 m。

故深度為:1.14 +0.3 =1.44 m，考慮本地區(qū)凍土層的要求，深度取1.5 m，寬度為0.6 m，基礎(chǔ)座落在砂礫層基礎(chǔ)上，每隔10 m設(shè)一道2 cm厚的瀝青木板伸縮縫。漿砌石齒墻采用的砂漿標(biāo)號(hào)為M7.5，采用5 cm厚C15 的混凝土壓頂。

5.3 護(hù)腳石籠設(shè)計(jì)

垂直河流方向沿齒墻外伸長(zhǎng)3 m深0.6 m的石籠護(hù)腳，保護(hù)齒墻不被淘涮。石籠規(guī)格以3 ×4 m為一個(gè)單位體進(jìn)行編制，網(wǎng)眼尺寸為0.20 ×0.20 m。石籠編制過(guò)程中要嚴(yán)格按照施工工藝進(jìn)行。

6 結(jié) 語(yǔ)

工程建設(shè)后保護(hù)村民52 戶、190 口人、大牲畜60 頭、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著，最主要的社會(huì)效益是為移民動(dòng)遷提供了安居之地，緩解了土地利用緊張的局面，為閻王鼻子水庫(kù)二期移民提供了堅(jiān)實(shí)的保障。促進(jìn)了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展，為百姓的安居樂(lè)業(yè)提供了物質(zhì)保障。

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